Kathoden sind ein entscheidender Bestandteil von elektrischen Batterien und spielen eine Schlüsselrolle für die Leistungsfähigkeit und Effizienz von Energiespeichersystemen. Um die Leistung von Batterien weiter zu verbessern, ist es unerlässlich, hochwertige Kathodenmaterialien und ihre exakte Zusammensetzung bis auf die Partikelebene zu kennen. Bisher fehlte ein Referenzmaterial, mit dem es möglich war, die Zusammensetzung und damit auch die Qualität und Leistungsfähigkeit von Kathodenmaterial zu überprüfen und zu vergleichen.

Die BAM schließt diese Lücke mit dem nach eigenen Angaben weltweit ersten zertifizierten Referenzmaterial für Kathodenmaterial von Lithium-Akkus. Entwickelt wurde es im engen Austausch mit der Batterieindustrie und abgestimmt auf ihre Bedürfnisse. Das neue Referenzmaterial besteht aus Nickel-Mangan-Cobalt-111 Kathodenmaterial, welches in Lithium-Ionen-Systemen verbaut ist. Es werden die exakten Massenanteile für Lithium, Nickel, Mangan, Cobalt und weitere sieben Bestandteilen angegeben, dazu die Partikelgrößenverteilung und die spezifische Oberfläche des Pulvers.

Das Referenzmaterial kann künftig als verlässlicher Maßstab für die Charakterisierung und Bewertung von Kathodenmaterial des Nickel-Mangan-Cobalt-Typs dienen. Zugleich ermöglicht es Unternehmen, die Qualität von Kathodenmaterial schon bei der Herstellung zu kontrollieren, es miteinander zu vergleichen und kontinuierlich zu verbessern.

Insbesondere eröffnet es die Möglichkeit, den Anteil von Kobalt, des teuersten Kathodenmaterials, zu bestimmen und zu optimieren, d.h. die Herstellung des Akkus wirtschaftlicher zu gestalten sowie Verunreinigungen, die einen negativen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer einer Batterie haben können, zu verhindern, wie die BAM angibt.

Besondere Bedeutung erlangt das Referenzmaterial durch die vom EU-Parlament kürzlich beschlossene neue EU-Batterieverordnung. Sie schreibt nach einer Übergangszeit feste Recyclingquoten für Bestandteile von Lithium-Ionen-Batterien vor. Das Referenzmaterial der BAM kann Recycling-Unternehmen erleichtern, hochwertige Kathodenmaterialien wie Cobalt, Nickel und Mangan in Altbatterien zu identifizieren, diese zu sortieren und auf ihre Qualität und Wiederverwendbarkeit im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft zu überprüfen. Dadurch kann der Ressourcenverbrauch im Batteriebereich gesenkt werden.

Das beschriebene zertifizierte Referenzmaterial der BAM wurde nach strengen internationalen Standards und im Rahmen eines Ringversuchs mit 16 erfahrenen Laboren entwickelt. Erhältlich ist es im BAM-Webshop. Carlos Abad, stellvertretender Leiter des Fachbereich Anorganische Referenzmaterialien an der BAM erklärt dazu: „Die Entwicklung des weltweit ersten zertifizierten Referenzmaterials für Kathodenmaterial ist ein bedeutender Schritt für die Batterieforschung und -entwicklung. Das Referenzmaterial spielt eine wichtige Rolle, die Entwicklung innovativer Batterien voranzutreiben.“

Quelle: Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)